本发明专利技术公开了一种超声无损技术领域的基于导波模态的管道水位检测系统及方法，其系统包括依次连接的信号发生器、功率放大器、超声换能器、接收换能器、匹配滤波器和上位机；信号发生器用于发出正弦脉冲信号，绘制编码波形；通过Barker码编码，通过线性调频调制频率；功率放大器放大编码波形的功率，得到功率放大后的编码信号；超声换能器被功率放大后的编码信号激励，发出超声脉冲；接收换能器检测管道水位，采集回波信号；匹配滤波器用于脉冲压缩回波信号；上位机用于处理所述压缩后的回波信号，根据Barker码180°相位翻转，识别相位翻转后的回波信号的模态，判断管道水位。本发明专利技术对回波信号进行脉冲压缩，区分导波模态并实现模态分离，便于管道水位检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于导波模态的管道水位检测系统及方法，属于超声无损。
技术介绍
1、脉冲编码技术最早应用于雷达系统，其主要目的是解决探测深度和探测精度之间的矛盾。当声波遇到声阻抗不同的物体，部分声波就会被反射从而返回，返回的声波使探测单元振荡并使振荡转化为电脉冲。超声导波在管道内周向传播时，受到管道直径的限制，传播距离较短，信号耦合现象严重，接收到的回波信号因多个模态极易发生混叠，难以区分具体的导波模态。
2、公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于导波模态的管道水位检测系统及方法，以导波模态为基础，采用barker码进行编码，对回波信号进行脉冲压缩处理，区分导波模态并实现模态分离，便于管道水位检测。
2、为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的。
3、一方面，本专利技术提供一种基于导波模态的管道水位检测系统，包括依次连接的信号发生器、功率放大器、超声换能器、接收换能器、匹配滤波器和上位机；
4、所述信号发生器用于发出正弦脉冲信号，根据正弦脉冲信号的采样速率绘制得到编码波形；通过barker码编码所述正弦脉冲信号，通过线性调频调制所述编码后的正弦脉冲信号的频率；
5、所述功率放大器通过脉冲功率放大模块放大所述编码波形的功率，得到功率放大后的编码信号；</p>6、所述超声换能器被所述功率放大后的编码信号激励，发出超声脉冲；
7、所述接收换能器通过超声脉冲回波法检测管道水位，采集回波信号；
8、所述匹配滤波器用于脉冲压缩所述回波信号，得到压缩后的回波信号；
9、所述上位机用于处理所述压缩后的回波信号，根据barker码180°相位翻转，识别相位翻转后的回波信号的模态，判断管道水位。
10、可选的，所述通过barker码编码所述正弦脉冲信号，其中，barker码的码元长度等于时宽带宽积。因此，barker码序列越长，时宽带宽积越大，脉冲压缩后的信噪比也就越大。
11、可选的，所述正弦脉冲信号的周期长度范围为1～5ms；周期长度过长影响后续处理，过短会导致混叠；
12、所述正弦脉冲信号的周期频率依据回波信号的波长选取，范围为200khz～1mhz；所述正弦脉冲信号的周期频率保证正弦脉冲信号小于回波信号半个波长；
13、所述barker码依据所述正弦脉冲信号的周期频率选取；
14、所述barker码用于求得barker码序列。
15、可选的，所述求得barker码序列的过程运用barker码自相关函数性质。
16、可选的，所述超声换能器将电信号转化为声信号；所述超声换能器的中心频率依据正弦脉冲信号的周期频率选取。
17、可选的，所述线性调频的调制频率依据超声换能器的中心频率选取。
18、可选的，所述功率放大器的脉冲功率放大模块包括信号发生器和脉冲功率放大器；所述编码波形通过信号发生器生成编码信号，所述编码信号通过脉冲功率放大器进行功率放大。
19、可选的，所述脉冲压缩所述回波信号的过程为：
20、所述匹配滤波器对所述编码后的正弦脉冲信号反褶共轭并补零，进行傅里叶变换，得到数据一；
21、对所述回波信号进行傅里叶变换并补零，得到数据二；
22、对所述数据一与数据二进行频域相乘运算，得到点乘运算结果；
23、对所述点乘运算结果进行傅里叶反变换，得到压缩后的回波信号。
24、可选的，所述根据barker码180°相位翻转，识别相位翻转后的回波信号的模态，判断管道水位的过程为：
25、导波经管道传播后相位信息在回波信号中保存；
26、所述脉冲压缩后的回波信号，在时域存在180°相位翻转；
27、识别相位翻转后的回波信号的模态，分离得到导波模态；
28、当所述导波模态从空管两种模态增加到十种及以上，管道内有水；当所述导波模态少于十种，管道内无水。
29、第二方面，本专利技术提供一种基于导波模态的管道水位检测方法，步骤包括：
30、信号发生器发出正弦脉冲信号，通过脉冲编码绘制编码波形，通过barker码编码并线性调频获得信号频率；获得更高的时宽和带宽；
31、所述功率放大器通过脉冲功率放大模块放大所述编码波形的功率，获得更高的平均声功率；输出信号至超声换能器激励超声脉冲；
32、所述接收换能器通过超声脉冲回波法检测管道水位，采集回波信号；
33、所述匹配滤波器用于脉冲压缩所述回波信号，使得回波信号近似于传统单脉冲激励系统的脉冲响应，输出信号至上位机处理；所述上位机根据barker码180°相位翻转，识别相位翻转后的回波信号的模态，判断管道水位。
34、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
35、1.通过脉冲编码与线性调频方式对激励信号进行处理获得更高的时宽和带宽，以及较高的信噪比和分辨率，提高平均声功率；
36、2.通过脉冲压缩的手段使得回波信号近似于传统单脉冲激励系统的脉冲响应，分离导波模态，便于管道水位检测。
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【技术保护点】
1.一种基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，包括依次连接的信号发生器（1）、功率放大器（2）、超声换能器（3）、接收换能器（4）、匹配滤波器（5）和上位机（6）；
2.根据权利要求1所述的基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，所述通过Barker码编码所述正弦脉冲信号，其中，Barker码的码元长度等于时宽带宽积。
3.根据权利要求1所述的基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，所述正弦脉冲信号的周期长度范围为1~5ms；
4.根据权利要求3所述的基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，所述求得Barker码序列的过程运用Barker码自相关函数性质。
5.根据权利要求1所述的基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，所述超声换能器（3）将电信号转化为声信号；所述超声换能器（3）的中心频率依据正弦脉冲信号的周期频率选取。
6.根据权利要求5所述的基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，所述线性调频的调制频率依据超声换能器（3）的中心频率选取。
7.根据权利要求1所述的基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，所述功率放大器（2）的脉冲功率放大模块包括信号发生器（1）和脉冲功率放大器（2）；所述编码波形通过信号发生器（1）生成编码信号，所述编码信号通过脉冲功率放大器（2）进行功率放大。
8.根据权利要求1所述的基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，所述脉冲压缩所述回波信号的过程为：
9.根据权利要求1所述的基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，所述根据Barker码180°相位翻转，识别相位翻转后的回波信号的模态，判断管道水位的过程为：
10.一种基于权利要求1-9的基于导波模态的管道水位检测方法，其特征在于，步骤包括：
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【技术特征摘要】
1.一种基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，包括依次连接的信号发生器（1）、功率放大器（2）、超声换能器（3）、接收换能器（4）、匹配滤波器（5）和上位机（6）；
2.根据权利要求1所述的基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，所述通过barker码编码所述正弦脉冲信号，其中，barker码的码元长度等于时宽带宽积。
3.根据权利要求1所述的基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，所述正弦脉冲信号的周期长度范围为1~5ms；
4.根据权利要求3所述的基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，所述求得barker码序列的过程运用barker码自相关函数性质。
5.根据权利要求1所述的基于导波模态的管道水位检测系统，其特征在于，所述超声换能器（3）将电信号转化为声信号；所述超声换能器（3）的中心频率依据正弦脉冲信号的周期频率...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩庆邦，张奇，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：
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